吕建华
关于真锅淑郎模型的几点科学评论 精选
2022-1-27 21:14
阅读:3467

    因为我恰好也做过Manabe和Wetherald(后面称为MW67)的辐射-对流模式(Cai and Lu, Climate Dynamics,2009),同时也做过三维的耦合气候模式(Lu and Cai, 2010),对大气和海洋环流的理论和其背后的地球物理流体力学基础也略知一二,根据自己对MW67和气候变化动力学的理解,作如下简要评论:
  (1)MW67 是Manabe在发展三维气候模式过程中出于好奇心做出的工作,其中假设相对湿度不变(但绝对湿度可以随着温度而变化)是非常聪明的做法,因为这样水汽随温度的变化(增加)及其温室气体效应自然也包括了进来,所以他们对CO2加倍的气候效应也就比较接近现在的估计。
 (2)当然这是一种简化[注意(6)式中的p(气压)是作为垂直坐标的],但真实的相对湿度决定于地面的蒸发、大气运动对水汽的三维输送、对流输送、水的气态、液态和固态之间的相变(云微物理过程)、湍流对水汽的挾卷等等过程的作用。这些过程在现在的气候模式里都有相应的基于物理原理(既包括热力学,也包括流体动力学)的描述,因此在三维气候模式里每一时刻相对湿度都是在变化着的。但MW67当时正是在发展(国际上的第一个)三维气候模式的过程中,因此Manabe就做了这样的简化。而很奇妙的是我们对三维气候模式的结果分析发现,在CO2加倍以后,尽管所有这些物理过程会让相对湿度每时每刻都在变化之中,但就长时间(比如20年)平均而言,增暖以后和增暖之前的相对湿度分布确实是接近于不变的,也就是说Manabe当时的假设是一种合理的假设。至于为什么,就我对大气环流和动力学的理解,是和大气中运动的垂直和水平结构密切相关的。
(3)有人所说的Manabe的错误,恰恰是全世界的大气、海洋同行对Manabe感到敬佩的他的高度原创性和不凡的物理直觉和简化问题的能力。

(4)又有批评Manabe不考虑海洋的热容量(热惯性),这其实不是一个问题。因为在Cai&Lu(2009)里我们包括了海洋的热容量,结果也是类似的。这是因为MW67考虑的是平衡态气候变化,海洋也好,陆地也好,其热容量的不同只是导致了达到平衡态所需要的时间不同,而对平衡态气候变化的大小影响其实并不是很大。
(5)气候变化并不是一个单纯的辐射平衡或热力学问题,而且是和大气-海洋环流相联系的动力学问题。如果读者对气候变化问题确实感兴趣,我会建议认真系统地学习大气、海洋和地球物理的流体动力学,在这样的科学基础上,挑战Manabe这样的大科学家是受欢迎的。因为根据我在业内几十年的学习和工作经历(虽然现在还只是略知皮毛),气候科学是相对开放包容的学科。事实上我自己也曾“挑战”过Manane提出的气候反馈的分析方法(Lu and Cai, 2009),这不是因为他的方法是错误的,而是因为对同样的气候变化,我们可以从很多不同的角度去看。而这样的“挑战”丝毫也不影响我对Manabe工作的敬佩和欣赏。

  见: Lu, J., Cai, M. A new framework for isolating individual feedback processes in coupled general circulation climate models. Part I: formulation. Clim Dyn 32, 873–885 (2009). https://doi.org/10.1007/s00382-008-0425-3

         Cai, M., Lu, J. A new framework for isolating individual feedback processes in coupled general circulation climate models. Part II: Method demonstrations and comparisons. Clim Dyn 32, 887–900 (2009). https://doi.org/10.1007/s00382-008-0424-4

          Lu, J., Cai, M. Quantifying contributions to polar warming amplification in an idealized coupled general circulation model. Clim Dyn 34, 669–687 (2010). https://doi.org/10.1007/s00382-009-0673-x


[注: (6)式指:h=h0 (p/p- 0.02)/0.98                            (6)   ]



转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自吕建华科学网博客。

链接地址:https://m.sciencenet.cn/blog-3360191-1322987.html?mobile=1

收藏

分享到:

当前推荐数:10
推荐到博客首页
网友评论23 条评论
确定删除指定的回复吗?
确定删除本博文吗?